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阻燃环氧树脂在薄膜电容器中的应用

发布时间:2019-11-25 16:33:38来源: 环氧树脂及应用公众号作者: webmaster
近年来,随着技术水平的发展,电子、家电、通讯等多个行业更新换代周期越来越短,而薄膜电容器凭借其良好的电工性能和高可靠性,成为推动上述行业更新换代不可或缺的电子元件。未来几年随着数字化、信息化、网络化建设进一步发展和国家在电网建设、电气化铁路建设、节能照明、混合动力汽车等方面的加大投入以及消费类电子产品的升级,薄膜电容器的市场需求将进一步呈现快速增长的趋势。同时对薄膜电容器不但提出了更高的质量要求,而且也为它制定了更严格的安全技术规范,不仅要求它具有耐高湿热和高强度等技术特性,而且还必须具有良好的阻燃性。这实际上就是要作为薄膜电容器保护层的环氧树脂包封胶必须适应这些更苛刻的条件。

薄膜电容器

 

 

 

什么是环氧树脂

 

环氧树脂(EP)是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,活泼的环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。之所以引起人们的重视,是由于环氧树脂及其固化物是热固性树脂中综合性能最好的:

(1)它有优良的物理机械性能、电绝缘性,固化收缩率小;

(2)稳定性好,固化后的环氧树脂主链是醚键和苯环,三维交联结构致密又封闭,因此它耐酸、耐碱及多种介质;

(3)粘结强度高,尤其是环氧基团能与固化剂作用交联生成大分子,具有很强的内聚力;

(4)原料容易取得,制造技术并不复杂,设备也比较简单且工艺性好;

(5)使用方便,能作为涂料,电气绝缘材料,胶粘剂浇注料,灌封料,包封料及玻璃钢等,用途十分广泛,在国民经济各领域中起着不可缺少的重要作用。

通用型环氧树脂结构示意图

 

但是普通型环氧树脂的极限氧指数仅为19.8%左右,其易燃性及离火后的持续自燃容易引发火灾,作为电子电器领域的基础材料使用时,难以满足实际的阻燃要求,必须进行阻燃处理。

 

 

 

环氧树脂的阻燃改性

 

环氧树脂达到阻燃有两种方法,一般可分为“复合型”和“结构型”两种。

2.1、复合型阻燃环氧树脂

复合型阻燃环氧树脂是指在环氧树脂中加入各种不参与固化反应的阻燃添加剂,从而使材料具有阻燃性能,具有工艺简便、成本低廉、原料来源较为广泛和操作方便等特点。目前使用的添加型阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。常用的无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、膨化物、三氧化二锑、红磷等。有机阻燃剂包括有机卤系(如氯化石蜡、四溴双酚A、十溴二苯醚等)和有机磷系阻燃剂(如磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、三(氯乙基)磷酸酯等)。

(1)无机阻燃剂

颇具代表性的金属基氢氧化物,性能稳定,价廉低毒,具有阻燃和抑烟作用,是环氧树脂的常用阻燃剂,但其用量必须较大,如加入质量分数44.2%的氢氧化铝时,阻燃环氧树脂的氧指数可达28.2%。红磷和氢氧化铝复配使用时能提高环氧树脂的阻燃效果,同时大幅降低氢氧化铝的用量。

(2)有机卤系

有机卤系阻燃剂是应用十分普遍的一种阻燃剂,其添加量相对比较少,且阻燃效率较高,尤其是溴系阻燃剂。但溴系阻燃剂存在的严重缺点是使被阻燃基材的抗紫外线稳定性降低,且其对人类健康和环境存在着严重的威胁,故在使用中将逐步被其他低毒、无公害的无机阻燃剂和有机磷系阻燃剂所取代。

(3)有机磷系

有机磷系阻燃剂是近年来发展较快的一种高性能阻燃剂,兼具阻燃和增塑的功能,拥有较低的毒副作用及较好的阻燃效果,应用较为广泛,是今后主要发展的非卤新型阻燃剂。

 

2.2 结构型阻燃环氧树脂

由于大比例添加型阻燃剂的使用一方面会影响材料的机械性能,另一方面在固化和使用过程中,阻燃剂的迁移会导致阻燃效果逐渐降低,呈现不稳定的阻燃状态。为此,考虑将具有阻燃功效的反应性单体或固化剂作为制备环氧树脂的原理,将阻燃元素导入环氧树脂的分子结构,使最终的环氧树脂具有长效、稳定的阻燃性能,且可以保持树脂原有的热力学性能,如玻璃化转变温度,力学机械性能等。分子结构中带有一定数量的卤素、硅或磷元素的功能单体都可以考虑作为反应单体和固化剂。

(1)阻燃功能单体原料

这类有阻燃功能单体合成的结构型阻燃环氧树脂,由于分子结构中含有大量的卤素、硅、磷等阻燃元素,因而这类环氧树脂的阻燃性能极好。如以四溴双酚A替代普通双酚A作为环氧树脂的反应原料,制备出高分子量的溴化环氧树脂,具有稳定性好、阻燃性能高的特性。

(2)阻燃固化剂

将卤、硅、磷元素等具有阻燃功能的元素引入普通固化剂的分子结构中,如二氯代顺酐、四溴苯酐、含磷胺类、含有胺基的磷酸及磷酸的酰胺等,或者通过分子设计直接合成具有阻燃功能的新型固化剂都是值得关注的研究方向。

 

 

 

阻燃环氧树脂的发展趋势

 

 

在绿色环保的主导下,阻燃环氧树脂的开发已经向无卤化、新技术化、多功能化和系统化发展。目前在阻燃环氧树脂的实际应用中还需解决不少问题,例如有的阻燃环氧树脂燃烧时会产生浓烟,有的阻燃环氧树脂虽具有优良抑烟功能但力学性能下降太多,不能满足工程使用要求等。因此应进一步研究和开发新型热稳定性高、高分子量和相容性好的无卤结构型阻燃固化剂,探索高阻燃元素含量的环氧单体或固化剂等。我国作为世界上最大的环氧树脂消费及生产国,在此领域的研究也是如火如荼的开展,取得了一定的研究成果,但是许多成果离产业化还有一段距离。相反,目前许多发达国家已经凭借经济、技术的垄断优势,通过对绿色产品的立法手段,制定严格的强制性技术标准和环保标准来限制相关产品的市场准入,我国的许多相关企业都遭受了沉重打击。所以,对于国内阻燃环氧树脂行业而言,必须放远目光,坚持走绿色、高效、复合的阻燃道路,重视相关科研力度的增加和产业化进程,以提高产品的市场竞争力。